Filozofi već tisućama godina raspravljaju o prirodi "ništavila", "ničega", "ničega", "praznine", ali što o tome može reći suvremena znanost? Na ovo pitanje odgovorit će Martin Rees, astronom Kraljevskog društva i profesor emeritus kozmologije i astrofizike sa Sveučilišta u Cambridgeu. Objašnjava da kada fizičari raspravljaju o "ničemu", podrazumijevaju prazan prostor (vakuum). Možda se čini sasvim običnim, ali eksperimenti pokazuju da prazan prostor zapravo nije prazan - sadrži misterioznu energiju koja nam može reći nešto o sudbini svemira.
Intervju s Martinom Reesom predstavio magazin The Conversation.
Je li prazan prostor isto što i ništa?
Prazan prostor nam se čini kao ništa. Po analogiji, voda može izgledati kao da "ribama" nije ništa - to je voda koja ostaje kad uklonite sve ostalo što pluta u moru. Na isti se način prazan prostor u praksi poprilično teško pokazao.
Znamo da je svemir vrlo prazan. Prosječna gustoća prostora iznosi oko jednog atoma na svakih deset kubičnih metara - okoliš je mnogo razrijeđeniji od bilo kojeg vakuuma na Zemlji. Ali čak i uz svu uklonjenu materiju, prostor ima vrstu elastičnosti koja (kao što je nedavno potvrđeno) omogućava da se gravitacijski valovi - samo valovi prostora - šire kroz njega. Štoviše, naučili smo da i u samom praznom prostoru postoji egzotični oblik energije.
O ovoj energiji vakuuma prvi smo saznali u 20. stoljeću pojavom kvantne mehanike koja objašnjava ponašanje atoma i čestica u najmanjoj mjeri. Iz njega proizilazi da se prazan prostor sastoji od polja fluktuacija energije u pozadini - koja daje život valovima i virtualnim česticama, koji se sada pojavljuju i nestaju nigdje. Oni čak mogu stvoriti sićušnu snagu. Ali što je s bijelim prostorom u velikoj mjeri?
Činjenica da prazan prostor stvara silu velikih razmjera otkrivena je prije 20 godina. Astronomi su otkrili da se širenje svemira ubrzava. Ovo je bilo iznenađenje. Ekspanzija je bila poznata više od 50 godina, ali svi su mislili da će se širenje usporiti zbog gravitacijskog povlačenja koje galaksije i druge strukture djeluju jedna na drugu. Stoga je svima postalo veliko iznenađenje da je usporavanje zbog gravitacije nadoknađeno nečim što je "gurnulo" ekspanziju. Pokazalo se da u samom praznom prostoru postoji energija koja stvara svojevrsnu odbojnost koja nadmašuje privlačnost gravitacije na ovim velikim ljestvicama. Ovaj fenomen - tamna energija - najnevjerojatnija je manifestacija činjenice da prazan prostor nije naboran ili prazan. Osim toga,ta činjenica određuje daljnju sudbinu našeg Svemira.
Promotivni video:
Postoji li ograničenje onoga što možemo naučiti? U skali od trilijuna puta manje od atoma, kvantne fluktuacije u prostoru-vremenu mogu stvoriti ne samo virtualne čestice, već i virtualne crne rupe. To je u granicama koje ne možemo promatrati i razumjeti koje, barem hipotetičke, trebamo kombinirati teoriju gravitacije s kvantnom mehanikom - a to je nevjerojatno teško.
Nekoliko je teorija koje to razumiju, od kojih je najpoznatija teorija struna. Ali nijedna od ovih teorija još nije povezana sa stvarnim svijetom - pa su i dalje neutemeljene. Mislim da će gotovo svi prepoznati da sam prostor ima složenu strukturu u malom razmjeru gdje se susreću gravitacijski i kvantni učinci.
Znamo da naš svemir ima tri prostorne dimenzije: možete se kretati lijevo i desno, naprijed i nazad, gore i dolje. Vrijeme je poput četvrte dimenzije. Međutim, postoji snažna sumnja da ako povećate sićušnu točku u prostoru dok ne osjetite tu sitnu ljestvicu, ustanovit ćete da će to biti komprimirani origami u pet dodatnih dimenzija koje ne možemo vidjeti. Kao da gledate crijevo izdaleka i mislite da je to samo linija. Približivši se, vidjeli biste da je jedna dimenzija u osnovi tri. Teorija struna uključuje složenu matematiku - kao i konkurentske teorije. Ali upravo je to teorija potrebna ako želimo na najdubljoj razini shvatiti najbližu praznini koju možemo zamisliti: prazan prostor, očito.
Kako u našem sadašnjem razumijevanju možemo objasniti da se cijeli naš svemir širi iz ničega? Je li to zaista moglo započeti s malim fluktuacijama energije vakuuma?
Neki misteriozni prijelazi ili fluktuacije mogli bi odjednom dovesti do činjenice da se dio prostora počeo širiti, kao što neki teoretičari vjeruju. Fluktuacije svojstvene kvantnoj teoriji mogle bi uzdrmati čitav svemir ako bi ga komprimirali na dovoljno male ljestvice. To se trebalo dogoditi za otprilike 10 (do -44) sekundi - ovo je Planckovo vrijeme. Na tim se mjestima vrijeme i prostor isprepliću, tako da ideja o otkucavajućem satu nema smisla. Naš svemir možemo ekstrapolirati s visokim stupnjem sigurnosti na nanosekundu i s velikim se stupnjem vjerojatnosti vratit ćemo bliže Planckovom vremenu. Ali nakon toga naša nagađanja više ne vrijede - fiziku na ovoj ljestvici zamjenjuje neka druga, složenija teorija.
Ako je možda da je fluktuacija nekog slučajnog dijela praznog prostora dala život svemiru, zašto se ista stvar ne može dogoditi drugom dijelu praznog prostora - i dati život paralelnim svemirima u beskonačnom multiverzumu?
Ideja da naš Veliki prasak nije jedini i da je ono što vidimo kroz naše teleskope maleni komad fizičke stvarnosti prilično je popularno među fizičarima. A postoje mnoge verzije cikličkog svemira. Prije samo 50 godina pojavili su se snažni dokazi da se Veliki prasak uopće dogodio. Ali od tada postoje nagađanja da bi on mogao biti samo epizoda u cikličkom svemiru. Također postoji tendencija razumijevanja da je fizička stvarnost mnogo više od volumena prostora i vremena koji možemo osjetiti, čak i s najmoćnijim teleskopima.
Stoga nemamo pojma je li postojao jedan Veliki prasak ili ih je bilo mnogo - postoje scenariji koji predviđaju mnoge velike praske i scenariji koji jedan predviđaju. Mislim da bismo ih trebali proučiti sve.
Koji je kraj svemira?
Najjednostavnija prognoza za daleku budućnost jest da će se svemir i dalje širiti sve brže i brže, postajući hladniji i prazniji. Čestice u njemu mogu se raspasti, beskrajno se otapajući u praznini. Možda se nađemo u ogromnoj količini prostora, ali ona će biti još praznija nego što je sada prostor. Ovo je jedan od scenarija. Postoje i drugi koji predviđaju "preokret" smjera tamne energije, od odbojnosti do privlačnosti, zbog čega ćemo biti komprimirani u gustu točku.
Postoji i ideja Rogera Penrosea da se svemir i dalje širi postajući sve razrijeđeniji, ali nekako - kad ne sadrži ništa osim fotona, čestica svjetlosti - predmeti u njemu bit će rekalibrirani i prostor će na neki način postati generator novog Velikog praska … Ovo će biti vrlo egzotična verzija starog cikličkog svemira - ali molim vas, ne tražite od mene da objasnim Penroseove ideje.
Koliko ste sigurni da će znanost jednog dana otkriti tajnu onoga što je to "ništa"? Čak i ako bismo mogli dokazati da se svemir pojavio iz neobične fluktuacije vakuumskog polja, ne bismo li se trebali zapitati odakle ovo vakuumsko polje?
Znanost pokušava dati odgovore, ali svaki put kada ih pronađemo, postavljaju se nova pitanja - nikada nećemo imati cjelovitu sliku. Kad sam krajem šezdesetih počeo istraživati, postojale su sumnje da uopće postoji Veliki prasak. Sada više nema nikakve sumnje i s točnošću od oko 2% možemo reći da je svemir bio isti 13,8 milijardi godina, sve do prve nanosekunde. Ovo je veliki napredak. Smiješno je optimistično vjerovati da ćemo u sljedećih 50 godina riješiti teška pitanja onoga što se događa u kvantnom ili "inflatornom" vremenu.
Ali, naravno, postavlja se drugo pitanje: koliko će znanost biti razumljiva ljudskom mozgu? Može biti da je matematika teorije struna u određenom smislu ispravan opis stvarnosti, ali nikad je ne možemo razumjeti dovoljno dobro da je testiramo na bilo kakvo istinsko promatranje. Tada ćemo možda morati pričekati da se pojave neki post-ljudi kako bismo stekli cjelovito razumijevanje.
Ilya Khel
